SE522376C2 - Metod och anordning för fellokalisering för distributionsnätverk - Google Patents

Description

20 25 30 « n a ~ n. 522 5762 Den senare metoden involverar ett flertal problem, vilket gör det svårt att erhålla en relativt stabil mätning av avståndet till felet: - i anslutning till fellokalisering, görs ofta antaganden att strömmen i den felaktiga ledningen är lika med skillnaden mellan uppmätt ström efter och före inträffandet av ett fel, vilket introducerar ett visst fel i bestämningen av avståndet; - im ledningen innefattar motordrivningar, kan detta leda till att kraft matas in i DN, och sådan matning av kraft är svår att kompensera för; - ledningen kan innefatta en eller fler substationer och slutna slingor; - en fellokalisator är programmerad för ett givet antal grenar med respektive laster vid ett givet avstånd från DN. Då anslutning och bortkoppling av delar av ledningen kan inträffa vid olika tider, är det viktigt att uppdatera programmerad data hos nätverkets konñgurering och topologi.

I en artikel med titeln ”Determining Locations on Faults in Distribution Systems” Developments in Power System Protection, 25-27 mars 1997, Conference Publication nr. 434, IEE 1997, är en metod för bestämning av avståndet beskriven, vari en central mätning av spänningen och summan av strömmarna för alla ledningarna utförs. Den fellokaliserade ledningen kan ha ett flertal distribuerade förgreningspunkter, noder, där även en del grenar har parallella laster. Startpunkten är spänning och ström mätt vid DN före och efter inträffandet av ett fel, varvid de respektive plusföljdskomponenterna bestäms. Det antas att data angående ledningarna mellan varje nod och lasten vid varje nod före ett fel är kända. 10 15 20 25 30 522 3763 Ett första antaget värde på avståndet till felet bestäms utgående från plusföljdsimpedansen hos den avlägsna änden före felet.

Plusföljdskomponenterna hos strömmen och spänningen vid felnoden efter inträffandet av felet används sedan för att bestämma det först beräknade värdet av avståndet till felet. Dessa två värden jämförs med varandra och om skillnaden är större än ett sista värde satt i förväg, görs ett nytt antagande angående mellan vilka noder som felet är lokaliserat, baserat på värdet som nu beräknats. Detta ger en ny lastmodell och ett andra beräknat värde på avståndet till felet. Detta värde jämförs sedan med det först beräknade värdet, vilken jämförelse kan resultera i ytterligare antal iterationer tills skillnadsvärdet mellan två efter varandra beräknade värden ligger inom godtagbara värden.

Metoden tillåter inte fellokalisering i fallet med tre-fasfel.

Ett sätt att göra bestämningen av avståndet till ett fel när man utför mätningar på den relevanta felaktiga ledningen är klar från en artikel med titeln ”An Interactive Approach to Fault Location on Overhead Distribution Lines with Load Taps", Development in Power System Protection, 25-27 mars 1997, Conference Publication nr. 434, IEE, 1997, i vilket termen ”Overhead distribution lines” avser en överhängande ledning avsedd för mediumspänningar. Denna artikel presenterar en teknik och en algoritm för fellokalisering på överhängande ledningar baserad på bestämning av skillnaden i spänning före och efter inträffandet av en del vid en antagen felpunkt på ledningen baserad på spänningar uppmätta i tillförselstationen för ledningen, före och efter inträffandet av ett fel. Spänningen används sedan för att kontrollera strömmarna i den icke felaktiga fasen vid den antagna felpunkten. Endast när den antagna felpunkten är riktig kommer strömmen i den icke felaktiga fasen att anta ett värde nära noll. Denna metod tillåter inte några fellokaliseringar av ett tre~fasfel och spänningsmätningen måste utföras i tillförselstationen hos ledningen i fråga. 10 15 20 25 30 522 376 4 Ytterligare problem med fellokalisering i DN, är att, i motsats till transmissionsledningar, distributionsnätverken vanligtvis är icke- homogena, med förgreningar och laster längs ledningen som gör fellokaliseringens (FL) noggrannhet svår. Ett generellt schema av sådana nätverk presenteras i Fig. 1. Felslingeimpedansen som uppskattas av FL vid substationen och som används som direkt mätning av ett avstånd till felet förstörs av mellanliggande laster och grenar som gör en riktig fellokalisering svår. Tre fundamentala faktorer bidrar till detta: - en felslinga sedd från substationen kan innehålla olika kabelsektioner med olika ekvivalenta parametrar som inte kan betraktas som en homogen enhet, därför kan inga klassiska FL- metoder användas; - i fallet med en DN -ledning, är laster ofta placerade mellan felpunkten och ledskena; då lasterna ändras och är okända för FL är det svårt att kompensera för dem; - motstånd vid felpunkten introducerar ekvivalenta felirnpedanser vilkas värde och karaktär beror på de ekvivalenta nätverksparametrarna bortom felet, detta är också svårt att kompensera för.

KORT BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Med hjälp av en metod och en anordning enligt uppfinningen kan en bestämning av en felaktig ledning i ett distributionsnätverk (DN) utföras, varvid metoden tar i beaktande influenserna av icke- homogeniteter, grenar och laster i DN. Vidare är metoden enligt uppfinningen inte beroende av var i nätverket som mätningar görs, dvs beror inte på om strömmarna och spånningarna hos varje ledning eller gren mäts separat eller om spänningen och summan av strömmarna för alla ledningarna mäts centralt. 10 15 20 25 522 3765 u - - a . v: Principen med avståndsbestämning enligt uppfinningen är synnerligen användbar för kabelnätverk men kan även med fördel användas för överhängande ledningsnätverk.

Metoden som föreslås för denna uppfinning överkommer de svårigheter som diskuterats ovan genom att ge en metod för fellokalisering i distributionsnätverk kännetecknat av krav 1. först beräknas den ekvivalenta plus- (1 å, )och nollföljds- (_Z_ák) impedansen hos nätverket i ett stabilt tillstånd före fel för alla M noderna hos nätverket baserat pä existerande topologi, laster och matarparametrar. Sedan, efter felet, beräknas de specifika felslingeparametrarna beroende pä typen av felslinga (fas-fas eller fas-jord) och mätplatsen (vid matningstransformator eller vid den felaktiga mätaren).

Fellokaliseringen bestäms som ett resultat av den följande uppsättningen förhållanden: Imgek) z o, k =1,2,..M (A) där Z _ ¿{,, -gv -fsrfas-fin-fasfelsnnga ' _* gfl +¿,¿{k -gm -for fas- m1- jordfeislmga __: =" lM/“mï _Z_1N = Kph 3lp _lpN ip *ÄFJN och Kph -spänning vid den felaktiga fasen, ÄV -plusföljdsfelslingans impedans som erhålles från mätningarna, I _p, [PN -lämpligen: felslinga och kvarvarande strömmar som erhålles från mätningar.

Det slutliga avståndet till fel kommer att väljas när förhållandet enligt (A) är uppfylld. Metoden att beräkna parametrarna (å, ,Åp, LW) beror på platsen för mätningarna (vid substationen eller mataren). 10 15 20 25 30 522 376 Med föreliggande uppfinning är det möjligt att bestämma avståndet till fel på ett mycket noga och pålitligt sätt. I synnerhet i distributionsnätverk som inkluderar ett flertal olika ledningar eller kabelsektioner och med grenar och laster längs ledningarna, tar föreliggande uppfinning detta i beaktande genom at utnyttja felslingeansatser beroende på typen av fel och att gå igenom efter varandra följande noder hos nätverket och beräkna den kvarvarande impedansen för att komma fram till ett avståndsvärde.

Dessa och andra aspekter på samt fördelar med föreliggande uppfinning kommer att framgå från den detaljerade beskrivningen och från de tillhörande ritningsfigurerna.

KORT BESKRIVNING AV RITNINGSFIGURERNA I den följande beskrivningen av uppfinningen kommer hänvisning att göras till de bifogade ritningsfigurerna, varvid Fig. 1 visar en grundarrangemang hos en fellokalísator för ett distributionsnätverk, Fig. 2 visar ett schema av ett nätverk för ett fas-till-fasfel vid noden k, Fig. 3 visar ett ekvivalent schema för matningsimpedansberäkning, Fig. 4a visar ett ekvivalent schema för en fas-till-fasfelslinga från substationen till felpunkten, Fig. 4b visar schemat enligt Fig. 4a bortom felpunkten, Fig. 5a visar ett ekvivalent schema för en fas-till-jordfelslinga från substationen till felpunkten, Fig. 5b Fig. 6 för en fellokalisering av en av ledningarna som inkluderas i ett nätverk. visar schemat enligt Fig. 5a bortom felpunkten, och visar en utföringsform av en anordning enligt uppfinningen 10 15 20 25 522 376 7 DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Grundkonceptet hos metoden enligt föreliggande uppfinning är att bestämma felplatsen som ett resultat av kontroll av den följande uppsättningen förhållanden: Inflzek) 2 0, k = 1,2,..M (1) f _ _ . _ . _ . där: Zek = {Ã|fk Ãxf f for fas till fasfelslinga (2) 1,, +@,_Z_0k -Ãm -för fas-till-Jordfelslmga I V _1 _":!L_ z ZJ/v = *lä-__ (3) _ u, -¿,,~ och: KP, -spänning vid den felaktiga fasen, z” -plusföljdsfelslingans impedans som erhålles från mätningar, fp, ÅPN - lämpligen: felslinga och kvarvarande strömmar erhållna från mätningar.

De fundamentala antagandena avseende den föreslagna fellokaliseringsalgoritmen för DN-nätverk kan summeras enligt följande: 1. Algoritmen använder substationens spänningar (tre signaler per substation, en signal per fas) och strömmar: tagna från matningstransformator när centraliserad felinspelare (FR) är installerad eller från den felaktiga mataren när FR är installerade vid var och en av matarna. Detta är en fördel med metoden, inte en belastning. Om det är FR installerade på en del matare, används data inspelade av dem för fellokaliseringen (Fig. 1). Om en matare utan en FR blir felaktig, gör den föreslagna metoden det möjligt att beräkna felímpedansen baserad endast på transformatorns ström och samlingsskenans spänning. Den riktiga metoden för det senaste fallet ges i det svenska patentet, nr: 98007 41-2, ”Fellokalisering i MV-distributionssystem”. 10 15 20 25 522 376 8 2. Medelvärdena av lasterna längs varje matare är kända. 3. De elektriska parametrarna hos varje sektion hos mätaren är kända. 4. Åtminstone en cykel med felsignaler inspelas.

Data som nämns i punkterna 2 och 3, nätverkets topologi, innefattande elektriska data såsom antalet ledningar, grenar, ledningarnas längd mellan grenarna och respektive ledningsimpedanser och verkliga laster på ledningarna, används för beräkningen av nätverkets impedans vid stabilt läge, och enligt algoritmen som används i föreliggande uppfinning för beräkning avståndet till fel skall man beräkna impedansen lf; och _Z_§k för stabila förhållanden och parametrarna Zl, , k, , _Z_1N från mätningarna enligt: 1. beräkna nätverkets impedans för en given matare för plus- och nollföljdsschemat för stabila förhållanden. Full uppsättning av dessa data inkluderar de följande parametrarna: - plus- (Än) och nollföljds- (1 OL) serier av impedanser hos alla ledningssektionerna; - plus- (Åk) och nollföljds- (ÄN) ekvivalenta shuntimpedanser hos alla nätverksnoderna; - plus- (Zl) och nollföljds- (Úk) impedanser sett från substationen till alla k=1.M nätverksnoder (dessa impedanser beräknas under antagande att ett fel utan resistensen sker vid den betraktade k-noden); impedansen _Z_fl delas sedan i impedanserna ga' och Ãflf såsom i Fíg. 3 med antagen koefñcient O 10 15 20 25 _pN _ 522 376 9 ~ - I - nu -plus- (Ãfk) och nollföljds- (Zßk) impedanser sett från de efter varandra följande noden k till änden på nätverket.

Alla dessa parametrar beräknas från ledningsparametrarna och värdena på lasterna utgående från matarkonñgureringen med hjälp av en känd teknik, exempelvis nodal spänningsekvation. Hänvisning görs till B. M. WEEDY, ”Electrical Power Systems”, John Willey ön Sons Ltd. 1990, kapitel 7, “Fault Analysis”, sid. 251-299, för detaljer angående nodal spänningsekvation. Resultat frän beräkningen formar en datauppsättning i vilken noden k beskrivs av följande impedansvektor: [zu 20k _21? :(5 z: za] Dessutom år varje matarsektíon beskriven med två impedanser: [gm _Z_0L]. Data från beräkningarna lagras lämpligen i en databas.

De två parametrarna 13,, _Z_,N beror på ÅF, Lp”. återigen kommer vi att betrakta två fall beroende på felslingetypen och mätningsplatsen.

Som en summering av den detaljerade beskrivningen som ges i patentet SE98007 41-2 kan strömmarna Ip, IPN definieras enligt följ ande: f [Ph - när mätningar är i mataren, = l <4) -Ko K Kil, -fl-iJ-”L- _ pre - när mätningar är i substationen, och f [N = L, +ÅB + LC - när mätningar är i mätaren, _ (1 _ 191,0 Ko _.N ' - när mätningar är i substationen. t _ IX co 10 15 20 25 522 376 10 = däri K0=(KA+Kß+Kc)/3, Cok - nollföljdskapaeitansen hos den felaktiga mataren, CCO - nollföljdskapacitansen hos hela MV-nätverket, k :få _z å: §,k och Q: laster före fel hos den felaktiga ledningen respektive alla ledningar.

V Z = ”p” - plusföljdsimpedansen före fel vid den _.. pre _. pre tillförseltransformatorn, index ph pekande mot den felaktiga fasen.

Dessutom kan impedansen ÄV hos plusföljdsfelslingan sett från substationen för ett fas-till-fasfel erhållas från division av det riktiga spänningsfallet genom skillnader i strömmar: där: KW -fas-till-fasspänning, in, -fas-till-fasström, exempelvis för A-B- fclï KW :KA _ KB: Äpp =ÄA'"ÃB~ Plusföljdsslingan för fas-till-jordfel erhålles enligt följande.

För homogena ledningar bestäms impedansen för plusföljdsfelslingan sett från substationen från det följande förhållandet: 10 15 20 522 576 U V lf :i (7) lp + .lg/CN IpN @~=¿°"¿ <æ 20, z - noll- och plusföljdsimpedansen per längd hos den felaktiga mataren, I _,,, [PN - som i ekvationerna (4-5).

För en matare inkluderande sektioner med olika typer av kabelkoefñcienter kan gm inte beräknas enligt ekvation (8) på grund av de i allmänhet har olika noll- och plusföljdsparametrar per kilometer. I detta fall kan ekvation (8) skrivas om i en form: 2&-Zfl = " _ 9 där: Zšk och _Z_,f,, är noll- respektive plusföljdsimpedanser sett från substationen till noden k.

Substituering av ekvation (9) i ekvation (7) gör att man erhåller felslingeimpedansen V z = _” 10 ”lf ZÄ/f _ ( ) -p ..pN Antag att vid felpunkten Efter en del omändringar erhålles 10 15 20 25 522 §7612:ߧaßiaa:;a¥fi> Ãil=Ã|f=Ãuv"É1Ãå/f (11) där: __! :ïv Ãnv :i (12) 3_I.p -lpll/ Ãp -l-lpN Relationen (1 1) är basen för den uppfunna metoden enligt ekvationerna ( 1-3) för fas-till-jordfel. Parametrarna k, och ZW kan beräknas från mätningarna under det att Zfl, och gå) är verkliga plus- och nollföljdsimpedanser hos en felslinga. Den senaste kan erhållas från ej direktansluten beräkning baserad på nätverksparametrar.

Vänstra sidan av ekvationen (11) - Zfk - representerar den ekvivalenta impedansen hos plusföljdsfelslingan sett från substationen. Vid den högra sidan av ekvationen (1 1) föreligger en kombination av plus- och nollföljdsmätningarna tillgängliga vid substationen (_Z_IN, _lg,) och nollföljdsimpedansen hos nätverket från substationen till felpunkten f .ÃO/t ' När man har nätverksimpedansen 1 och lá), för stadiga förhållanden, och felslingeparametrar: _Z_,f , 13,, _Z_,N givna från mätningarna enligt ekvationerna (2) och (3) med avseende på de ovanstående relationerna, är det möjligt att utnyttja kriteriet (1) för beräkningen av avståndet till fel.

Det slutliga avståndet till fel kommer att väljas när förhållandet enligt (1) är uppfyllt. 10 15 20 25 522 37613 ALGORITM FÖR BESTÅMNING Av AvsTÅNDET TILL FEL Två olika algoritmer används beroende på typ av felslinga: fas-till- fasfelslinga och fas-till-jordfelslinga.

A. Fas-till-fasfel Beakta fas-till-fasfelet vid noden k hos nätverket såsom i Fig. 2. Det antas att impedansen Z (nätverkets plusföljdsimpedans sett från substationen under antagande att felet utan resistens sker vid noden k) är känd från beräkning vid stabila förhållanden och ÄV erhålles från mätningar enligt (6).

För ytterligare analys är felslingan sedd från substationen representerad av ett ekvivalent schema såsom visas i Fig. 3. Det följande förhållandet är uppfyllt för detta schema: mÃfIZIZ zfl =(1-m>_2_:1' + Z¿:*+-Z'*¿2 (13) Den separata impedansen i ekvation (13) kan enkelt bestämmas från den kända impedansen genom att välja parametern m (0 < m 5 l).

Representation av impedansen Ãf; i en form såsom i Fig. 3 ger möjligheten att inkludera felresistansen i en felslinga såsom visas i Fig. 4a. Den kvarvarande impedansen êZf representerar den ekvivalenta impedansen involverad i felslingan på grund av felresistansen R f om felet inträffar vid noden k eller bakom den, Det ekvivalenta schemat för representation av impedansen gZ, är presenterad i Fig. 4b. Här: 10 15 20 25 522 376 Mï“*i _Z_,k - ekvivalenta shuntimpedansen k, ZL - serieimpedanserna hos kabelsektíonen mellan noderna k, k+1, 211m) - ekvivalenta impedansen hos nätverket sett från noden k+1 till änden pä mataren.

Impedansen Zfml, skall även beräknas vid stabila förhållanden för alla nätverksnoder och lagras i en databas.

Avståndet till fel d f [m] bestäms som en summa av avståndet d [m] från substationen till noden k (Fig. 4) och avståndet xlk [m] inuti en given sektion: df=d+xzk (14) där lk är sektionslängden.

Algoritmen för beräkning av avståndet x erhålles enligt följande: 1. Felslingeimpedansen ZU mätt vid substationen uppfyller den följande relationen (Fig. 4a) (mzfl + Azflzáš 15 mzá' +A¿, +zíf ( ) z., =<1- m>záš + 2. Efter omarrangemang av (15) kan värdet på den kvarvarande impedansen erhållas z (22 -zlflmzáf +¿.ff)- (mzíäï (15) mÃ|f/ AZ] v n . o n u» 522 5761 5 . 3. Impedansen AÃ, representerar schemat sett från noden k till felplatsen som kan bestämmas som Rf ((1 ° JÛÃL + Ãiluwn) Rf +(1_ JÛZL + _Z_i4(k+1) Rf<(1_ JÛZL + .Ziluwuí Rf +(1“ /ÛÃL + Ãrum) _Z_1/< (XÃL + AZf= _Z..i/< + x_Z_1. + 4. Högra sidan av ekvationerna (16) och (17) skall vara lika, vilket leder till bestämning av okänd felresistans R _xz Zâ(AZf_Z11<)_xZ _AZfZu<(ZL+ Zilawn) f - M i M (18) 10 där M = (AZ, _ zu! )(zL + z;;k+l))- Azfzu. 5. Värdet på x kan erhållas från (18) under förhållandet att felresistansen antar reella värden ZZAZ -Z AZZ Z Z” 15 Im(Rf)=x2Im[ ]_x1m(ZL)_1n-{ )=0 (19) Efter omåndring erhålles x] : , X2 ___ , J 1 där p=Imz(Z )+4Im Z1É(AZf"Z|k) Im AZfZ1/<(ZL+ZT(1<+1)) Å L M M 20 Första roten i (20) antar imaginära värden så slutligen bestäms avståndet till ett fel från 522 376 16 Im(Z/.)" J; zlm ímzíAzf _Z”'j M x: (21) Avståndet till fel kalkyleras sedan enligt ekvation (14).

B. Fas-till-jordfel Ekvivalent schema för felslíngan (Fig. 5) är liknande den för fas-till 5 fasfelsfallet. Istället för 1,! används nu impedansen från ekvationen (10). Om tar detta i beaktande erhålles algoritmen för avståndet x [p.u.] till felet vid sektion k, k+1 enligt följande: 1. Felslingeimpedansen Ãfk = 1, N - Lgák mätt vid substationen möter följande relation (Fig. 5a) 10 :á = am -Iwzák =<1-m>z(,f' + mzm "i" AÃf + Ãm (22) 2. Efter omarrangerande av (22) kan den kvarvarande impedansen erhållas 15 AZ = (zfZ -zUXmzfE +z.ff)- (mzfl) *f mz.f;-_Z_{f-k.f;-z.,) (23) 3. Impedansen AZf representerar schemat sett från noden k till felplatsen som kan bestämmas som (Fig. 5b) 20 + R,(<1 -xzre Jfzïiin) R; + (1 _ JÛÃLE +Ã:(k+|) + R; ((1 _ -Ûzte + ZZUQJ Rf + (1 _ JÛÃLe + Ãïunl) (24) 5 10 15 20 522 376 u n @ n n . nu 17' där index e är relaterad till den ekvivalenta impedansen i schemat i Fig. 5b.

Den ekvivalenta impedansen beräknas från plus- och nollföljdsimpedansen hos det specifika elementet enligt följande relationer: _Le=šái3iêa,gke=åk_3+_ëmg¿g=zílgfëo (25) där index O och 1 hänvisar till noll- respektive plusföljdsimpedansen. 4. Högra sidan av ekvationerna (23) och (24) skall vara lika vilket leder till bestämning av okänd felresistens _ 2 ZL2e(A_Z_f _..Z_ke) Rf _ x M _ AÃ/'Ãklzu "l" Ãïuwn) M _ xZLe (25) där M =(Az, -zt Zle +z;1.<+.,)- Azfzt. 5. Värdet på x kan erhållas från ekvationen (26) under förhållandet att felresistensen antar ett reellt värde 22 AZ -z AZ z z z” = X2 _. x III/Kålle) __ Imí J = 0 Under samma förhållanden som för fas-till-fasfel erhålles ImQ/.e ) _ J; -;--- (28) 2 Imíšw _ _Z.ke M x: 10 15 20 25 522 s7618?f* u » | c ~ en där p __: Irn2(ÃLe) -Ãke hníAÃfÃ/(e QLe + _Z.:(k+l))J - M Avståndet till fel beräknas sedan enligt ekvation (14).

Ett exempel på en anordning enligt uppfinningen för fellokalisering på en av ledningarna inkluderad i ett distributionsnätverk framgår från Fig. 6 och innefattar: - en fellokalísator 6, - spånnings- och strömmätningsanordningar 4 och 5, med filter F1, 8, och F v, 9, för kontinuerlig inmatning till fellokalisatorn av uppmätta värden på ström- och spänningsvärden, mätta vid en MV-station, för alla ledningarna inkluderade i ett nätverk, - en enhet MN, 10, för inmatning av MV-nätverksdata till fellokalisatom, och - en enhet MF, 11, för inmatning av information angående typen av fel och angående vilken ledning som har blivit felaktig, efter inträffandet av ett fel.

Fellokalisatorn 6 innefattar: - ett minne 6 för att lagra efter varandra följande sekvenser av uppmätta indata vilket möjliggör bestämning av uppmätta värden på spänning och ström omedelbart före och efter att ett fel uppstått, och ett minne för att lagra indata från nätverket, 10 15 20 25 30 522 376 19 =-"ï - en enhet EF, 6b, för mottagning av information angående feltypen och angående vilken ledning som har blivit felaktig, beräkningsorgan, 6c, för beräkning, utgående från indata, avståndet från MV-stationen till felstället, en enhet EA, öd, för att avge ett värde på det beräknade avståndet till ett fel.

Nätverksdata som, via enheten MN, 10, skall införas i fellokalisatorn innefattar: information angående konfigureringen och topologin hos MV- nätverket, dvs hur nätverket, ledningarna och grenarna är anslutna till MV-nåtverket, information angående längden och impedanserna hos ledningssektionerna, information angående lastimpedanserna i alla grenar, information angående plusföljdskapacitansen hos alla ledningarna till jord.

Nätverksdata som efter att ett fel inträffat skall matas in i fellokalisatorn via enheten MF, ll innefattar information angående feltypen, dvs om det år ett fas-till-fasfel eller om det är ett fas-till-jordfel, information angående vilken ledning som har blivit felaktig. 10 15 20 25 30 522 s7620;az;@w:.@ Informationen angående feltypen och vilken ledning som blivit felaktig erhålles från ett överordnat skydds- och expertsystem.

När ett avstånd till ett fel från MV-stationen har beräknats, presenteras detta via enheten EA, öd, exempelvis på en visuell displayenhet 12.

En anordning enligt uppfinningen för en fellokalisering på en av ledningarna i DN kan utformas på ett flertal sätt liknande det som visas i Fig. 6. Således kan filtren 8 och 9 för filtrering av uppmätta data för ström och spänning och inmatningsenheterna 10 och 11 för nätverksdata och felinformation vara mer eller mindre integrerade i fellokalisatorn 6. Anordningen innefattar även en eller fler mikrodatorer.

Mikroprocessorn (eller processorerna) innefattar en central processenhet CPU som utför stegen hos metoden enligt uppñnningen.

Detta utförs med hjälp av ett dedicerat datorprogram, vilket är lagrat i programminnet. Det skall förstås att datorprogrammet även kan köras på en allmän industridator istället för en speciellt anpassad dator.

Mjukvaran inkluderar datorprogramkodelement eller mjukvarukoddelar som gör att datorn utför metoden genom användning av ekvationer, algoritmer, data och beräkningar som beskrivits tidigare. En del av programmet kan vara lagrat i en processor såsom ovan, men även på ett ROM-, RAM- PROM- eller EPROM-chip eller liknande. Programmet i delar eller i dess helhet kan även lagras på eller i andra lämpliga datorläsbara medier såsom en magnetisk skiva, CD-ROM eller DVD- skiva, hårddisk, magneto-optiska minnesorgan, i flyktiga minnen, i flashminnen, såsom hårdvara eller lagrade på en datorserver.

Den förelsagna metoden i denna uppfinning realiserar proceduren för fellokalisering i distributionsnätverk enligt följande steg: 10 15 20 25 30 522 3762 l 1. För en given matare, beräkna nätverksimpedansen för plus- och nollföljdsschemana för stabila förhållanden och lagra dem i databasen.

Full uppsättning av dessa data inkluderar följande parametrar: - plus- (gm) och nollföljds- (_Z_0L) serier av impedanser hos alla ledningssektionerna; - plus- (1 Hc) och nollföljds- (Ãok) ekvivalenta shuntimpedanser hos alla nätverksnoderna; - plus- (Ãlfk) och nollföljds- (Ãák) impedanser sett från substationen till alla k=l.M nåtverksnoder (dessa impedanser beräknas under antagande att ett fel utan resistens sker vid den betraktade k-noden); impedansen Zfl delas sedan i impedanserna _Z_fll och L? såsom i Fig. 3 med antagen koefficient O< m< 1 ; -plus- (Ãfk) och nollföljds- (Ãåk) impedanser sett från den efterföljande noden k till änden på nätverket.

Alla dessa parametrar beräknas från ledningsparametrarna och värdena på lasterna utgående från matarkonfigureringen med hjälp av en känd teknik, exempelvis nodal spänningsekvation. Hänvisning görs till B. M. WEEDY, ”Electrical Power Systems”, John Willey 85 Sons Ltd. 1990, kapitel 7, “Fault Analysis", sid. 251-299, för detaljer angående nodal spänningsekvation. Resultat från beräkningen formar en datauppsättning i vilken noden k beskrivs av följande impedansvektor: zäil Dessutom är varje matarsektion beskriven med två impedanser: [än zu]- lzi :oi z? zíf zi; För fas-till-fasfel realiseras följande steg: 2. Impedansen _Z_,f beräknas enligt ekvationen (6) ; 10 15 20 522 57622 3. Vid genomgång av de efter varandra följande noderna beräknas den kvarvarande impedansen A_Z_f som i ekvation (16) och sedan avståndet x enligt ekvation (2 l). Detta steg upprepas tills x<1 och sedan bestäms det fulla avståndet enligt ekvation (14).

För fas-till-jordfel realiseras de följande stegen: 4. Strömmarna L, och [PN beräknas enligt ekvationerna (4-5) - beroende på mätplatsen; 5. Parametrarna [c_,, _Z_,N och impedansen _Z_lf beräknas somi ekvationerna (l O- 1 2); 6. Vid genomgång av de efter varandra följande noderna beräknas impedansen A11» enligt ekvation (24) och sedan avståndet x enligt ekvation (28). Detta steg upprepas tills x<1 och sedan bestäms fullt avstånd enligt ekvation (14).

Det skall förstås att utföringsformerna som beskrivits ovan och som visats i ritningsfigurerna skall betraktas som icke-begränsande exempel på föreliggande uppfinning och att den definieras av de tillhörande patentkraven.

Claims (17)

10 15 20 25 522 376 23 PATENTKRAV

1. Metod för att lokalisera ett fel som har inträffat i en eller fler ledningar i ett kraftdistributionsnätverk där lokaliseringen utförs med hjälp av uppmätta värden på den allmänt tillförda spänningen till nämnda flertal ledningar och strömmarna hos nämnda flertal ledningar före och efter inträffandet av ett fel; beräkning av den ekvivalenta plusföljdsimpedansen lf, och nollföljdsimpedansen gå, hos nätverketi ett stabilt förhållande före fel för alla M noderna baserat på kunskapen om konfigureringen och topologin hos nätverket, och erhållande, via ett överordnat skyddssystem, vilken av nämnda flertal ledningar som har blivit felaktig och vilket fel som har inträffat, kännetecknat av beräkning av den ekvivalenta impedansen _Z_ek genom användning av en felslingeberäkning beroende på feltypen enligt _ y, - å, - för fas - m1- fasfeisiinga g, + g, g, - gm - för fas - m1- jofdfeislmga där __ _I_pN Z N _ _ph 1 "' z __] '_ s 3lp _lpN lp lpN och Kp, - spänning vid den felaktiga fasen, _Z_,f - impedansen hos plusföljdsfelslingan erhållen från mätningar, 1 p, ip” -lämpligen: felslínga och kvarvarande strömmar erhållna från mätningar, och kontroll om 1m(_z_,,) 2 o, k =1,2,...M varvid, om det uppfylls, avståndet till felet väljs. 522 376 24

2. Metod enligt krav 1, kännetecknad av att lp, [PN definieras som ÄN, - när mätningarna är i mataren, V -V lph-(l-/LJI-'Li ...pre - när mätningarna är vid 5 substationen, och [N = ÅA + LB + [C - när mätningarna är i mataren, lpN (1 _ kflfo )K0 .. .. . .. . . ÄN -T - nar matningarna ar vid substationen, _' 1 co där: Ko=(KA+K/2+Kc)/3 , 10 kzko = _“_Y_C_°_ = à XCOk CCO Cuk - nollföljdskapacitansen för den felaktiga mataren, CCD - nollföljdskapacitansen för hela MV-nätverket, lfn k ___ Ik _Z I åk och §z laster före fel för den felaktiga ledningen respektive alla 15 ledningarna.

3. Metod enligt krav 2 för ett fas-till-jordfel, kännetecknad av beräkning av impedansen ZIf enligt 29 Z” = ____:_-L____ 3 antagande _Z_,f = _Z_ vid felpunkten och omarrangering: _Z_|_/' = Ãl/v "É/Ãcjlk 10 15 20 s ~ - u o en 522 376% där: beräkning av den kvarvarande impedansen genom att gå igenom efter varandra följande noder enligt Zk xZL + Rfl(l“x)šte 'lzlâ/Hn) AZ _ _ _ Rf +(1“X)Z_L« +Ã:(k+|) _] _ u 7 zu + xzu + R,(<1- nå”. + Lat., ) Rf l' (l " JÛÃLL» "l" Zuma) beräkning av avståndet x från noden till fel enligt Im(_Z_Le l _ J; 2 Im _ Åke) M och fortsättande tills x<1.

4. Metod enligt krav 2 för ett fas-till-fasfel, kännetecknad av beräkning av impedansen Zff enligt _ KW __| ' _ j inr där: KW -fas-till-fasspänning, fw, -fas-till-fasström, exempelvis för A-B- _V_pp :KA _ KB! I -PP :ÅA-Åsa 10 15 20 25 n . ~ a . . - - v o v: 522 376% beräkning av den kvarvarande impedansen som går genom efter varandra följande noder enligt ZMLXÃ + R,(<1 -na +¿.í¿+.>) AZ _ R/ +(1"x)_Z_L +Ã1U<+n __f _ u s R » 1- Z Z Zlk + x; + f X)_L 'l'_|(/=+|)) Rf + Ü “x)_Z_L +_Z_i(k+1) beräkning av avståndet x från noden till fel enligt Im(ZL)" J; x=--T-_-_T, , 2 Im í-ß- A21' -Zm M och fortsättning tills x< 1.

5. Metod enligt krav 3 eller 4, kännetecknad av bestämning av avståndet till fel d; enligt df = d + xlk där d är avståndet från substationen till noden k och 1,, är sektionslängden.

6. Anordning för att lokalisera ett fel som har inträffat i en eller fler ledningar i ett kraftdistributionsnätverk innefattande organ för att mäta värden på den allmänt tillförda spänningen till nämnda flertal ledningar och strömmarna hos nämnda flertal ledningar före och efter inträffandet av ett fel; organ (10) för att beräkna av den ekvivalenta plusföljdsimpedansen lf; och nollföljdsimpedansen _Z_¿k hos nätverketi ett stabilt förhållande före fel för alla M noderna; n | o . n. 522 376 27 informationslagringsorgan (10) som innehåller information angående konñgureringen och topologin hos nätverket, vilken anordning är ansluten till ett överordnat skyddssystem för att erhålla information angående vilken av nämnda flertal ledningar som har blivit felaktig och 5 vilken typ av fel som har inträffat, kännetecknat av organ (öc) för beräkning av den ekvivalenta impedansen _Z_ek genom användning av en felslingeberäkning beroende på feltypen enligt 10 Z _ y, -gf -föffas - till-fasfeislinga '“'“ gf, »fggåk -gm -fzsrfas - m1- jofdfelsimga där I __: .I_pN ZIN = Kph 3lp _lpN _1.p -ÄIUN 15 och Kp, - spänning vid den felaktiga fasen, _Z_,f - impedansen hos plusföljdsfelslingan erhällen från mätningar, I p, [PN -lämpligenz felslinga och kvarvarande strömmar erhållna från mätningar, och kontroll om 1m(¿,,) 2 o, k =1,2,..M 20 varvid, om det uppfylls, avståndet till felet väljs.

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad av organ för att definiera [p , [pN som [Ph - när mätningarna är i mataren, 25 _ p = Kph “Ko .. .. . .. . [Ph - (1 - @,)---- - nar matningarna ar vid _. pre substationen, och 10 15 20 522 576 za [N :ÅA +lß +16 - när mätningarna är i mataren, lpN [N - - när mätningarna är vid substationen, “ .IX co där: Ko=(KA+.I./.ß+Kc)/3 » k __: XCO = à zkO XCOk CCO Cok - nollföljdskapacitansen för den felaktiga mataren, Ca, - nollföljdskapacitansen för hela MV-nätverket, _ S”. § ,,, och å; laster före fel för den felaktiga ledningen respektive alla ledningarna.

8. Anordning enligt krav 7 för ett fas-till-jordfel, kännetecknad av organ för beräkning av impedansen Z1f enligt antagande 1,, = _,f,, vid felpunkten och omarrangering: Ãlf :Zuv “Élzåk där: 522 376 29 v u ~ ø ø . nu organ för beräkning av den kvarvarande impedansen genom att gå igenom efter varandra följande noder enligt R, (<1 - nå” + zïm.) U Rf + (1 _ -ÛÃ/.e + Ãzum) R,(<1- nå? + 13th.) ) ° Rf +(1" JÛÃLE + Zelum) _Z_ke íxZLe + AZJ = Åke + xÃLe + organ för beräkning av avståndet x från noden till fel enligt IIn(ÃLe ) _ J; 2 1% :år (Az, - m) M x: 10 och fortsättande tills x<1. 15 20

9. Anordning enligt krav 7 för ett fas-till-fasfel, kännetecknad av organ för beräkning av impedansen 1,/ enligt En _Z_1f=I PP där: V m, -fas-till-fasspänning, [pp -fas-till-fasström, exempelvis för A-B- fel: KW :KA _ KB: Äpp :ÅA '_ la, organ för beräkning av den kvarvarande impedansen som gär genom efter varandra följande noder enligt 10 15 20 25 .nu »o 522 576” R« l- Z Zu -Z-lk x-Z-L + ;(( x)_L +_.1(:+1)) AZ _ R; +(1“ JÛÃL 'fån/fm _ u 9 :ut + xZ/í + Rf (Ü “x)_Z_L +Zi(:+n) R; +(1"x)Z.L 'fån/Mn organ för beräkning av avståndet x från noden till fel enligt Im(Z1_)_ N/í zlm ï-s-ZLZEAZVÃJ i M och fortsättning tills x< 1.

10. Anordning enligt krav 8 eller 9, kännetecknad av organ för bestämning av avståndet till fel df enligt d j = d + xlk där d är avståndet från substationen till noden k och Ik är sektíonslängden.

11. ll. Användning av en anordning enligt något av kraven 6 till 10 för att bestämma avståndet till ett fel i ett distributionsnätverk.

12. Datorprogramprodukt innefattande datorkodorgan och/ eller mjukvarukoddelar för att få en dator att utföra en metod baserad på; uppmätning av värden på den allmänt tillförda spänningen till nämnda flertal ledningar och strömmarna hos nämnda flertal ledningar före och efter inträffandet av ett fel; beräkning av den ekvivalenta plusföljdsimpedansen Zfl och nollföljdsimpedansen Ãák hos nätverketí ett stabilt förhållande före fel för alla M noderna baserat på kunskapen 10 15 20 25 522 376 c o o n ø v n » o ~ n n ~ o »- 315 om konfigureringen och topologin hos nätverket, och att erhålla, via ett överordnat skyddssystem, vilket av nämnda flertal ledningar som har blivit felaktig och vilket fel som har inträffat, och utföra de ytterligare stegen att: beräkna den ekvivalenta impedansen Zek genom användning av en felslingeberäkning beroende på feltypen enligt Z k = Lfk - _Z_,f - för fas - till- fasfelslinga "“ gf, + gggå, -gm -ftsffas -fin- jofdfelslinga där kl _ ÃpN ß ÃIN _ -ph > slp-Ipw lp lpN/B och Kp, - spänning vid den felaktiga fasen, _Z_,f - impedansen hos plusföljdsfelslingan erhållen från mätningar, I p , [PN -lämpligen: felslinga och kvarvarande strömmar erhållna från mätningar, och kontroll om Im(Z,,,) 2 0, k =1,2,..M varvid, om det uppfylls, avståndet till felet väljs.

13. Datorprogramprodukt enligt krav 12, kännetecknad av att den definierar Lp, lm, som [Ph - när mätningarna är i mataren, ...p = V _ V .. .. . .. . [Ph -(l -lgj-ïï-'i - nar mätningarna ar vid :pflf substationen, och 522 37632 [N = 1A + LB + [C - när mätningarna är i mataren, _pN _ N - - när mätningarna är vid substationen, “ lXco där: Ko=(KA+KB+Kc)/3 , 5 kz/(O = XCO :Eti XCOk CCO Cok - nollföljdskapacitansen för den felaktiga mätaren, C60 - nollföljdskapacitansen för hela MV-nätverket, _§¿ "ï å; §,k och §2 laster före fel för den felaktiga ledningen respektive alla 10 ledningarna.

14. Datorprogramprodukt enligt krav 13 för ett fas-till-jordfel, kännetecknad av beräkning av impedansen 21/ enligt KM 25k -zíi '” ßzfi 15 EN 3 || I antagande _Z_,, = lá, vid felpunkten och omarrangering: Ãlf = .Zuv “lÉ/Ãrik 20 där: 10 15 20 522 376 33 beräkning av den kvarvarande impedansen genom att gå igenom efter varandra följande noder enligt R; ((1 _ x)_Z_1.e "l" zïumJj Rf + (1 _ JÛÃL; "f" Ãïuwx) R; ((1 _ x)_Z_1.e + Zíuwn) , Rf + (l _ -ÛZLe + Ãïum) .Zkixzu + AZf= Ãu+xÃLe+ beräkning av avståndet x från noden till fel enligt Im(Zu)_\/; x: M och fortsâttande tills x

15. Datorprogramprodukt enligt krav 13 för ett fas-till-fasfel, kännetecknad av beräkning av impedansen _Z_1f enligt V zlf=ïfl -PP där: Km, -fas-till-fasspånning, [pp -fas-till-fasström, exempelvis för A-B- fe1:Kpp=KA_Kß>_I_ L4_lßa PP: beräkning av den kvarvarande impedansen som går genom efter varandra följande noder enligt 10 u n . t o - n u . n o . .n 522 s7e34š*ï” Rf ((1 _ YÛÃL + Ãil/WIJJ Rf +(1_ JÛÃL + _Z.il(/<+n R,(<1- n; + zíki.) ) ' Rf + (1 _ JÛZL + _Z_i4(1<+1) Ãik [XZL + Åk +xZL+ beräkning av avståndet X från noden till fel enligt Im(ZL)" J; zlm :ÉZÉKAZf-ZJ i M x: och fortsättning tills x<1.

16. Användning av en datorprogramprodukt enligt något av kraven 12- 15 för att bestämma avståndet till ett fel i kraftdistributionsnätverk av mediumspänningstyp.

17. Datorläsbart medium innefattande datorprogramkodorgan enligt något av kraven 12- 15.